(57)【要約】【課題】  溶解炉等による鉄鋼生成過程で生じる鉄およびその酸化物を主成分とするダストを、成形型に入れ加圧成形して固形化する製鋼ダスト固形化物、およびその製造方法に関する。供される原料ダストにバインダ等の添加物を加えることなく、実用上十分な強度を持つ製鋼ダスト固形化物を安価に製造することができるものとする。【解決手段】  鉄鋼生成過程で生じる鉄およびその酸化物を主成分とする製鋼ダスト１１を造粒する。この造粒体ｐを成形型７に入れ加圧成形して固形化することにより、その固形化物である製鋼ダスト固形化物Ｂを製造する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄鋼生成過程で生じる鉄およびその酸化物を主成分とするダストを、成形型に入れて加圧成形した固形化物であって、前記成形型に入れる前記ダストが、造粒体であることを特徴とする製鋼ダストの製鋼ダスト固形化物。
【請求項２】
請求項１において、前記造粒体の含水率が０．５〜１５ｗｔ％である製鋼ダスト固形化物。
【請求項３】
鉄鋼生成過程で生じる鉄およびその酸化物を主成分とするダストを、成形型に入れ加圧成形して固形化することにより、その固形化物である製鋼ダスト固形化物を製造する方法であって、
前記ダストを造粒し、造粒体の状態で前記成形型に入れて加圧成形することを特徴とする製鋼ダスト固形化物の製造方法。
【請求項４】
請求項３において、前記造粒体の含水率が０．５〜１５ｗｔ％である製鋼ダスト固形化物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、溶解炉等による鉄鋼生成過程で生じるダストを製鋼原料として再利用する製鋼ダスト固形化物およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄鋼生成過程、例えば溶解炉では、吹き上げられた微細粒子状の鉄および酸化鉄がダストとして集塵機で回収されている。このダスト( 以下「製鋼ダスト」と称す) は、鉄および酸化鉄を主成分とするため、再利用することが望ましい。しかしこの製鋼ダストは微細粉体であるため、そのまま溶解炉に投入すると、飛散しながら舞い上がり、その大半は集塵機に再び回収されてしまい、再利用効率が著しく低い。そのため、従来は埋め立て処分されることが多かったが、国内の製鋼ダストの発生量は年間数十万トンにも達しており、埋め立て処分では資源の有効利用の観点のみならず、不足する埋め立て地の問題や環境悪化の観点から見ても好ましくない。
【０００３】
このため、製鋼ダストの再利用について様々な方法が試みられている。例を挙げると、特許文献１には、直径２〜１５ｍｍ程度のダストペレツトを作り、電炉に装入することで酸化鉄を溶銑中に回収する方法が例示されている。
特許文献２には、製鋼ダストをブリケットに成形するため熱可塑性プラスチックを添加する方法が、特許文献３には研削スラツジや製鋼ダストをブリケットに成形するために固形化補助剤を添加する方法がそれぞれ例示されている。
【特許文献１】特開平１１−１５２５１１号公報
【特許文献２】特開平０９−３１６５１２号公報
【特許文献３】特開２００２−１９４４４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１のペレットを作る方法は、ペレット化する分、回収粉体より電炉へ装入する処理などのハンドリングは容易ではあるが、寸法的に比較的小さなベレットであるため、電炉への装入効率には問題がある。
特許文献２、特許文献３の添加物を入れる方法は、いずれも強固なブリケットを製造するために有効な手段であるが、プラスチックやバインダーとなる添加物を加えることからその工程は複雑となり、コストが高くなる欠点がある。また、添加物が環境負荷原因となることから好ましくない。
【０００５】
この発明の目的は、溶解炉等による鉄鋼生成過程で生じる鉄およびその酸化物を主成分とするダストを、成形型に入れ加圧成形して固形化する製鋼ダスト固形化物において、供される原料ダストにバインダー等の添加物を加えることなく、実用上十分な強度を持つ製鋼ダスト固形化物を低コストで製造することのできる製鋼ダスト固形化物、およびその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明の製鋼ダスト固形化物は、鉄鋼生成過程で生じる鉄およびその酸化物を主成分とするダストを、成形型に入れて加圧成形した固形化物であって、前記成形型に入れる前記ダストが、造粒体であることを特徴とする。
【０００７】
この発明の製鋼ダスト固形化物の製造方法は、鉄鋼生成過程で生じる鉄およびその酸化物を主成分とするダストを、成形型に入れ加圧成形して固形化することにより、その固形化物である製鋼ダスト固形化物を製造する方法であって、前記ダストを造粒し、造粒体の状態で前記成形型に入れて加圧成形することを特徴とする。
【０００８】
製鋼ダスト固形化物の成形においては、成形圧力を高めても、内部摩擦等により、必ずしも強度向上につながらない。バインダーを使用することは、製鋼ダスト固形化物の強度を強化するうえで効果的であるが、プラスチック等のバインダーを添加すると、上記のようなコスト面や環境負荷原因面から好ましくない。そこで、本発明者は、様々な調査、実験検証を進めた結果、同一成形条件において、前記ダストは造粒した状態で成形型に入れて加圧成形する方が、前記ダストを粉体の状態で成形型に入れて加圧するよりも、高い成形密度が得られることを見出した。この粒粒したダストを用いて加圧成形することで、特にバインダー等の強化剤を使用しなくても、実用上、十分な製鋼ダスト固形化物の強度が得られる。
【０００９】
この発明の製鋼ダスト固形化物およびその製造方法において、前記造粒体の含水率が０．５〜１５ｗｔ％であっても良い。
造粒体の含水率が０．５ｗｔ％未満であると、成形後の製鋼ダスト固形化物にクラックが入るなど、成形が殆ど不可能である。また、造粒体の含水率が１５ｗｔ％を超えると、造粒体が軟化して泥状となり、造粒が困難である。また、水分は造粒体が成形型内で塑性変形挙動をする際、粉体間の摩擦を低減し変形を容易にする効果があると考えられる。その効果は含水量が０．５ｗｔ％で発現するが、含水量が１０ｗｔ％を超える水分量が多い領域になると、水分自体が液体としての挙動が生じるため、製鋼ダスト固形化物の見掛け密度向上に対して逆効果となる。実用的な製鋼ダスト固形化物の強度を得ることができる製鋼ダストの造粒体の含水量の範囲は０．５〜１５ｗｔ％である。
【発明の効果】
【００１０】
この発明の製鋼ダスト固形化物は、鉄鋼生成過程で生じる鉄およびその酸化物を主成分とするダストを、成形型に入れて加圧成形した固形化物であって、前記成形型に入れる前記ダストが、造粒体であるため、供される原料ダストにバインダー等の添加物を加えることなく、実用上十分な強度を持つ製鋼ダスト固形化物となる。
この発明の製鋼ダスト固形化物の製造方法は、鉄鋼生成過程で生じる鉄およびその酸化物を主成分とするダストを、成形型に入れ加圧成形して固形化することにより、その固形化物である製鋼ダスト固形化物を製造する方法であって、前記ダストを造粒し、造粒体の状態で前記成形型に入れて加圧成形するため、供される原料ダストにバインダー等の添加物を加えることなく、実用上十分な強度を持つ製鋼ダスト固形化物を製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
この発明の一実施形態を図１ないし図３と共に説明する。図１において、溶解炉１で生じた製鋼ダストは、排気ガスと共に排気ダクト２から集塵機３に導入され、排気ガス中の製鋼ダスト１１が集塵機３で集塵されて粉体となって排出される。この製鋼ダスト１１は、鉄およびその酸化物を主成分とするものである。集塵機３から排出された製鋼ダスト１１は、図示しない搬送手段により製鋼ダスト固形化物製造装置４における第１のホッパ５Ａに投入される。
【００１２】
ホッパ５Ａに投入された製鋼ダスト１１は、造粒装置１９に供給される。造粒装置１９は、粉状の製鋼ダスト１１を造粒体１１ｐとする装置である。造粒装置１９は、例えば、回転するドラム（図示せず）の中で粉体に適度な水分を加えながら凝集させて、球状の粒体とするものである。造粒体１１ｐは、例えば粒径が５〜１５mmで、含水率が０．５〜１５ｗｔ％のものとされる。造粒装置１９で造粒された製鋼ダスト１１の造粒体１１ｐは、第２のホッパ５Ｂに投入される。
なお、第１のホッパ５Ａを省略し、上記搬送手段による搬送過程で、製鋼ダスト１１の造粒を施しても良い。
【００１３】
ホッパ５Ｂは分配供給手段（図示せず）を有していて、製鋼ダスト１１の造粒体１１ｐが、製鋼ダスト固形化物製造装置４の複数並設された固形化機構部６に分配して投入される。固形化機構部６は、製鋼ダスト１１の造粒体１１ｐをブリケット状の製鋼ダスト固形化物（以下「ブリケット」と称す）Ｂに固形化する機構であり、成形型７を備える。
ホッパ５または固形化機構部６には、ホッパ５から供給される製鋼ダスト１１を成形型７内に強制的に充填する強制充填機構３０が設けられている。
【００１４】
固形化機構部６は、図２に拡大して示すように、前記ホッパ５から投入される製鋼ダスト１１を加圧成形する成形型７と、この成形型７に加圧成形のための圧力を付与する加圧手段８と、所定の圧力となるように前記加圧手段８を加圧制御する加圧制御手段（図示せず）とを有する。
【００１５】
成形型７は、縦向きのシリンダ室状であって、製鋼ダスト１１の造粒体１１ｐを横断面形状が円形の柱状体（つまり円柱状体）に成形可能な形状とされている。成形型７は、具体的には、円筒状のダイ７ａと、このダイ７ａの下端開口に挿入されたプランジャ状の蓋体１２Ａとで構成される。蓋体１２Ａは、駆動源を有する蓋開閉機構（図示せず）によって開閉させられる。蓋体１２Ａは、成形型７内に入らずに、一端で密封するものであっても良い。
【００１６】
加圧手段８は、成形型７内に上方から進入して成形型７内の製鋼ダスト造粒体１１ｐを加圧する昇降自在なプランジャ１２と、このプランジャ１２を昇降駆動する加圧装置１３とからなる。加圧装置１３は、例えば油圧シリンダからなり、その駆動が加圧装置制御手段（図示せず）によって制御される。加圧装置制御手段は、前記加圧装置１３へ圧油を供給する油圧回路１５の切替え弁１６や、ポンプ１７のモータ１８等を制御する。加圧装置１３は、油圧シリンダの他に、モータとその回転を直線運動に変換するボールねじ等の回転・直線運動変換機構（いずれも図示せず）であっても良い。
【００１７】
この構成の製鋼ダスト固形化物製造装置４（図１）を用いてブリケット（製鋼ダスト固形化物）Ｂを製造する方法、およびその製造されたブリケットＢの利用方法を説明する。溶解炉１で生じて集塵機３から粉体となって排出された製鋼ダスト１１は、第１のホッパ５Ａに投入される。この粉体の製鋼ダスト１１は鉄およびその酸化物を主成分とするものである。ホッパ５Ａに投入された製鋼ダスト１１は、造粒装置１９で造粒体１１ｐとされて、第２のホッパ５Ｂに投入され、このホッパ５Ｂから固形化機構部６の成形型７内に供給される。
【００１８】
固形化機構部６においては、ホッパ５Ｂから成形型７に、所定量の製鋼ダスト１１の造粒体１１ｐが投入され、その後に加圧装置１３の駆動でプランジャ１２が成形型７内に進入する。この状態で成形型７内の製鋼ダスト１１に所定の圧力が加えられる。この場合に、加圧断面積（つまりプランジャ１２の断面積）ｘ（ｍｍ2 ）に対する成形圧力Ｐ（ＭＰａ）は、設定範囲となるように付与される。
このようにして製造されたブリケットＢは、図３に示すように外形が円柱体状となる。また、このブリケットＢは、直径Ｄが３０〜１００ｍｍであり、直径Ｄに対する高さＨの比（Ｈ／Ｄ）は３０〜１５０％とするのが好ましい。
【００１９】
図１において、固形化機構部６で固形化されたブリケットＢは回収容器（図示せず）に集められて、溶解炉１の原料投入時に、他の原料と共に溶解炉１に投入され、製鋼原料として再利用される。溶解炉１に投入される原料は、例えば主原料が高炉より得られた溶銑であり、この他に鉄くず、生石灰などが副原料として用いられる。
【００２０】
この実施形態のブリケットＢの製造方法によると、製鋼ダスト１１を造粒装置１９で造粒体１１ｐとし、この造粒体１１ｐの状態で成形型７による加圧成形を行うため、バインダー等を添加することなく実用上十分な強度を持つブリケットを製造することができる。その理由を説明する。
【００２１】
ブリケットＢの固形化において、バインダー等の成形体強度を向上させる添加剤を使用しない場合、ブリケットＢの固形化の作用は、加圧成形時に引き起こされる粉体粒子の再配列や接触による付着力によって発現する。基本的には粉体の付着力は粉体間の接触面積が大きいほど高くなるので、成形圧力を上げることによって粉体間の接触面積を増加させれば、ブリケット強度は向上する。
【００２２】
しかしながら粉体粒子は液体のように自由にその位置を変えることが出来ず、また粉体同士や粉体と成形型面との間で摩擦力が生じるため、圧縮成形時に粉体の再配列による密充填効果が不十分で大きな空隙体積を内包したり、摩擦損失によって成形圧力が不均一となり成形体内部に大きな密度差が生じたりすることで、必ずしも成形圧力が強度向上に繋がらない。さらに成形体内部の空隙中の残留空気や密度差は、成形圧力が開放される脱型時に成形圧力方向に垂直な方向に層状の亀裂が生じるいわゆるラミネーションが、より低い成形圧力領域で発生する大きな原因ともなる。
【００２３】
成形圧力によって成形体内部の空隙や成形密度差を小さくするため、バインダー添加によって粉体粒子の流動性や成形型充填性を改善することが効果的ではあるが、本件ではあくまでバインダーを使用しない簡便かつ安価な方法を追求するものであり、供される原料粉体の特性改善は困難である。
【００２４】
以上の理由により、成形圧力での粉体間の接触面積増加( 成形密度向上) によるブリケットＢの強度向上には限界がある。そこで、その他に成形密度向上を図る方法を模索し、 様々な調査，実験検証を進めた結果、同一成形条件においては、造粒された製鋼ダストを原料とした方が、粉体の製鋼ダストを原料とした場合よりも高い成形密度が得られることを見出した。
【００２５】
鉄鋼生成過程、例えば溶解炉では、吹き上げられた微細粒子状の鉄および酸化鉄をダストとして集塵機で回収したのち、その製鋼ダストを例えば前記特許文献１に示すようなダストペレットとするため、造粒機によって造粒することが一般的に行われている。本発明は、この造粒された原料を用いてブリケットを成形することによって、特にバインダー等の強化剤を使用しなくても、実用上十分なブリケット強度が得られることを明らかにしたものである。
【００２６】
本発明者は、製鋼ダストの成形性を調査するため、図４に示す円筒状のダイ２１Ａおよび蓋体となる下プランジャ２１Ｃからなる金型である成形型２１、および加圧用のプランジャ２１Ｂを用いて、以下のような製鋼ダストの固形化実験を行った。なお、図４におけるダイ２１Ａ、下プランジャ２１Ｃ、および加圧用のプランジャ２１Ｂは、上記固形化機構部６（図２）におけるダイ７ａ、蓋体１２Ａ、およびプランジャ１２と同等な部材である。
【００２７】
使用した製鋼ダストは電炉から排出され造粒されたものであり、造粒径が５〜１５mmのものである。比較対象として、同じ電炉から排出された製鋼ダスト粉体を使用した。
表１は原料に含水率５％の造粒体と粉体を使用して、径サイズがφ７０、径に対する高さの比が８０％の円柱形ブリケットＢを成形圧力を変えて製作し、完全乾燥状態にしたブリケットＢの見掛け密度およびブリケットＢの落下強度試験の結果を示している。
表２は造粒体の見掛け密度と粉体のかさ密度を比較した結果である。
【００２８】
【表１】
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【００２９】
【表２】
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【００３０】
いずれの成形圧においても粉体原料に比べ、造粒体を原料としたブリケットＢの方がブリケットＢの見掛け密度および落下強度が大きく、造粒体を原料としたブリケットＢの特性が優れており、同じ強度で比較するならば、造粒体を原料としたブリケットＢはより低い成形圧力で固形化できることを示している。またラミネーションが発生する成形圧力は造粒体を原料とした場合の方が高い。
【００３１】
造粒は回転するドラムの中で粉体に適度な水分を加えながら凝集させて、球状の粒体とするものであるが、こうした方法で製造された造粒体の見掛け密度は、粉体原料を加圧成形して得られる成形体の成形密度より高く、また保形が外的な強制力ではなく凝集力のみによって成されるため、造粒体に密度差等の内部応力がほとんどないと考えられる。こうした原料を用いて加圧成形を行った場合、成形型内部では造粒体の塑性変形的挙動によって、造粒体がその見掛け密度を大きく損なうことなく成形型で所定の形状に変形してブリケットＢの形状を成すことで、同一成形条件における粉体原料を加圧成形して得られる成形体よりも高い見掛け密度となると考えられる。またラミネーションについても、造粒体の見掛け密度を超える領域の成形圧力にならなければ、空隙の残留空気や成形密度差によるスプリングバック量の増加がそれほど大きくならない。その結果、ラミネーションが発生する成形圧力が粉体原料を加圧成形する場合に比べて高くなったと考えられる。
【００３２】
図５は、含水率を制御した造粒体を使用して、径サイズがφ７０、径に対する高さの比が８０％の円柱形ブリケットを成形圧力５０ＭＰａで製作した場合の完全乾燥状態のブリケット見掛け密度を示している。含水量が０．５ｗｔ％未満では、成形後のブリケットＢにクラックが生じており、見掛け密度の測定が出来なかった。含水量が０．５ｗｔ％以上でブリケットＢの成形が可能となるが、含水量１．５〜１０ｗｔ％でほぼ見掛け密度が一定となる。含水率が１０ｗｔ％を超えるとブリケットＢの見掛け密度がやや低下する。造粒体の含水率が１５ｗｔ％を超えると、造粒体が軟化して泥状になり試験不可であった。      
【００３３】
上記実施例の結果から、水分は造粒体が成形型内で塑性変形挙動をする際、粉体間の摩擦を低減し変形を容易にする効果があると考えられる。その効果は含水量が０．５ｗｔ％以上で発現するが、含水量が１０ｗｔ％を超える水分量が多い領域になると、水分自体が液体としての挙動を生じるため、ブリケットＢの見掛け密度向上に対して逆効果となる。実用的なブリケットＢの強度を得ることができる製鋼ダストの造粒体の含水量の範囲は、０．５〜１５ｗｔ％である。望ましくは１．５〜１０ｗｔ％の範囲である。
【００３４】
試験では電炉から排出された製鋼ダストを用いてブリケット製造を行ったが、この発明で用いるダストは、鉄鋼生成過程で生じる鉄およびその酸化物を主成分とするダストであれば良く、転炉や高炉、 その他製鋼工程で生じるものが使用できる。また必要に応じて各種金属およびその酸化物、炭素、無機物等を添加する場合でも、添加物が粉体であり、かつ成形性に著しい影響を与えない添加量であれば、これらを添加した混合ダストであっても良い。
【００３５】
図１の製鋼ダスト固形化物製造装置において、固形化機構部６の給粉部分については、含水量によっては製鋼ダスト造粒体１１ｐの充填性（成形型７への流し込み特性) に問題があるため、ある程度強制力のある前記強制充填装置３０を設けることが望ましい。
特に成形型方向には制約はなく、強制充填装置３０として、成形型７の方向が縦向きの場合には、給粉機やスクリューによる押し込み等の機構が使用でき、成形型方向が横向きの場合にはスクリューによる押し込み等の機構が使用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】この発明の一実施形態にかかる製鋼ダスト固形化物製造方法の工程説明図である。
【図２】同製造方法に用いられる製鋼ダスト固形化物製造装置の概略図である。
【図３】同製造方法で製造した製鋼ダスト固形化物の例を示す斜視図である。
【図４】同製造方法を得るための基礎となる固形化試験に用いられた成形型の断面図である。
【図５】造粒体の含水率と見掛け密度の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３７】
４…製鋼ダスト固形化物製造装置
５Ａ，５Ｂ…ホッパ
６…固形化機構部
７…成形型
８…加圧手段
１０…加圧制御手段
１１…製鋼ダスト
１１ｐ…造粒体
１２…プランジャ
１９…造粒装置
３０…強制充填機構
Ｂ…ブリケット（製鋼ダスト固形化物）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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